Isomería conformacional

1. Isomería conformacional Carmen Coronel Química Orgánica I Instituto de Química Orgánica Fac. de Bioquímica, Química y Farmacia Universidad Nacional de Tucumán

2. Son compuestos que presentan la misma fórmula molecular, pero propiedades físicas y/o químicas distintas. Isómeros

3. Clasificación • De cadena • De posición • De función Constitucional o estructural Isomería En C=C • Cis-trans En ciclos Estereoisomería • Conformacional • Óptica

4. Isómeros constitucionales Losisómeros constitucionales o estructuralesson los compuestos que a pesar de tener la misma fórmula molecular difieren en el orden en que están conectados los átomos, es decir, tienen los mismos átomos conectados de forma diferente (distinta fórmula estructural).

5. Isómeros de cadena Los isómeros de cadena son compuestos que tienen distribuidos los átomos de carbono de la molécula de forma diferente. Por ejemplo, existen 3 isómeros de fórmula molecular C5H12.

6. Isómeros de posición Son compuestos que tienen las mismas funciones químicas, pero sobre átomos de carbono con números localizadores diferentes.

7. Isómeros de función Son compuestos de igual fórmula molecular que presentan funciones químicas diferentes.

8. Estereoisómeros Losestereoisómerosson los isómeros cuyos átomos están conectados en el mismo orden, pero con disposición espacial diferente. La estereoquímica estudia a las moléculas en tres dimensiones.

9. Conformaciones Conformaciones son las distintas estructuras de un mismo compuesto que surgen como resultado de la “libre rotación” de los enlaces simples y la flexilibilidad de los ángulos de enlace.

10. Análisis conformacional El análisis conformacional es el estudio de las energías de las diferentes conformaciones. (Wade) El análisis conformacional es el estudio de la forma en la que los factores conformacionales afectan la estructura de una molécula y sus propiedades físicas y biológicas. (Carey)

11. Representaciones de moléculas orgánicas Proyecciones de Newman Carbono frontal Carbono posterior

12. Representaciones de moléculas orgánicas Caballete Tridimensional

13. Conformaciones del etano Enlace ssp3-sp3 “Libre rotación” alrededor del enlace s: diferentes conformaciones

14. Estructura de los alcanos lineales Debido a la estructura del átomo de carbono los alcanos lineales adoptan la conformación más estable que es la alternada (forma de zig-zag) porque es la más estable.

15. Quiralidad

16. Quiralidad Quiralidad (del griego Cheir que significa mano) es la propiedad que tienen ciertos objetos de poder existir bajo dos formas que son imágenes especulares una de otra y que no se pueden superponer.

17. a) Pendiente (+) Pendiente (-) Quiralidad

18. Quiralidad El término quiral se aplica también a las moléculas. Las moléculas quirales se diferencian de las aquirales en que presentan actividad óptica. La actividad óptica es la propiedad de desviar el plano de la luz polarizada. Este tema es de gran interés debido a que en los seres vivos las moléculas quirales se encuentran ampliamente distribuidas.

19. Quiralidad Son quirales los hidratos de carbono, los aminoácidos (excepto la glicina) que forman las proteínas, algunos lípidos, etc. En la naturaleza se encuentra presente generalmente una de las formas quirales. Por lo tanto, las consecuencias pueden ser impre-visibles cuando un ser vivo se enfrenta a una molécula que tiene la forma opuesta a la que existe en la naturaleza o para la que está preparado. Se recuerda el caso tristemente célebre de la talidomida.

20. Quiralidad Enantiómeros de la Talidomida.

21. Quiralidad La importancia del tema es tal que en el año 2001 el premio Nobel de Química le dieron a W.Knowles y R. Noyori por el desarrollo de catalizadores para hidrogenaciones asimétricas y a K. Sharpless por la oxidación asimétrica de alcoholes alílicos.

22. Quiralidad La actividad óptica es una propiedad que se mide en el polarímetro. Si el estereoisómero hace girar el plano de la luz hacia la derecha (sentido horario) se denomina dextrógiro,y si lo hace girar hacia la izquierda (sentido antihorario) se denomina levógiro. Dextrógiro: del latín dexter, “derecho” Levógiro: del latín laevus, “izquierdo”

23. Quiralidad No sólo se puede determinar el sentido del giro sino también la magnitud del mismo, que es el número de grados que se debe rotar el analizador. Según las reglas de la IUPAC, se emplean los símbolos + para indicar que una sustancia es dextrógira y – para indicar que es levógira. Se utilizan también los símbolos d y l respectiva-mente.

24. Quiralidad Ácido L-(+)-láctico Ácido (S)-2-hidroxipropanoico Ácido D-(-)-láctico Ácido (R)-2-hidroxipropanoico

25. Rotación específica La rotación específica [a] de un compuesto se define como la rotación que se observa cuando se utiliza una celda para la muestra de 10 cm (1 dm) de camino óptico y una concentración de 1 g/mL. Se puede utilizar otras longitudes de celdas y otras concentraciones, pero la rotación observada (a) se divide entre el producto de la longitud de la celda (l) y la concentración (c).

26. Luz normal y Luz polarizada Un haz luminoso se propaga en diferentes ángulos o planos con respecto a la dirección de propagación, y si se observara en forma frontal en el sentido de la propagación, se vería como la figura A . Cuando se eliminan todos los planos, excepto uno de ellos , entonces se obtiene luz polarizada en el plano (Fig. B).

27. Luz natural Luz polarizada

28. Polarímetro Un polarímetro mide la rotación de la luz polarizada.

29. Diagrama esquemático de un polarímetro La luz se origina en una fuente (generalmente una lámpara de sodio), y pasa a través de un polarizador y la celda de muestra. La luz de una lámpara de sodio pasa a través de un filtro que selecciona la luz amarilla de emisión (la línea D) El filtro analizador es otro polarizador equipado con un transportador angular; se gira hasta que se observa la máxima cantidad de luz y la rotación se lee en el transportador.

30. Diagrama esquemático de un polarímetro Esta luz polarizada pasa por la celda de muestra que contiene una solución del compuesto que se está analizando. Solamente los compuestos quirales tienen actividad óptica y pueden girar el plano de la luz polarizada. La luz que atraviesa la celda de muestra pasa a continuación a través de un segundo filtro polarizador y se determina la magnitud y la dirección de la rotación óptica.

31. Elementos de simetría Los elementos de simetría son entes geométricos, como ser un punto, una recta o un plano alrededor del cual se puede efectuar una operación de simetría. Una operación de simetría consiste en mover un cuerpo respecto de alguno de los elementos de simetría de manera de llevarlo a una configuración indistinguible de la original.

32. Elementos de simetría Plano (s) La operación de simetría asociada a un plano de simetría es la reflexión. Un plano de simetría divide en dos partes iguales a una molécula.

33. Condiciones de quiralidad Una molécula es aquiral cuando posee alguno de los elementos de simetría: plano (s), centro de inversión (i) o eje impropio (Sn) Una molécula quiral no posee dichos elementos.

34. Condiciones de quiralidad Para la mayoría de las moléculas orgánicas basta una sola prueba para comprobar si existe o no quiralidad: la presencia del plano de simetría. Las moléculas quirales no tienen ningún plano de simetría.

35. Cl 2 1 Br Condiciones de quiralidad Bromoclorometano Elementos de simetría: 1s. Molécula simétrica: Tiene un plano de simetría, por lo tanto es aquiral.

36. Condiciones de quiralidad Bromocloroyodometano No tiene elementos de simetría. Molécula asimétrica, no tiene plano de simetría, por lo tanto es quiral.

37. Átomos estereogénicos Carbono quiral o estereogénico (C*): Se encuentra unido a 4 sustituyentes distintos. Carbono quiral La presencia de un carbono quiral no es condición necesaria ni suficiente para la quiralidad de una molécula.

38. espejo enantiómeros Enantiómeros Los estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles reciben el nombre de enantiómeros.

39. Enantiómeros Aunque pueda superponer algunos átomos, siempre hay otros que no se superponen.

40. Enantiómeros Los enantiómeros tienen las mismas propiedades físicas (p.f., p.eb.), excepto en el sentido hacia el que hacen girar el plano de luz polarizada. Los enantiómeros hacen girar el plano de luz polarizada la misma cantidad de grados (igual magnitud), pero en sentido contrario.

41. Nomenclatura R,S La Nomenclatura R,S se utiliza para determinar la configuración absolutade los carbonos quirales. Para determinar si una molécula es R ó S se procede de la siguiente manera:

42. Nomenclatura R,S 1. Se observan los átomos que están directamente unidos a cada carbono quiral y se establece un orden de prioridad siguiendo las reglas de Cahn, Ingold y Prelog(reglas CIP).

43. Nomenclatura R,S 2. Una vez determinadas las prioridades,se dispone la molécula (mentalmente, en el papel o mediante modelos moleculares) de manera que el sustituyente de menor prioridad se encuentre lo más alejado posible del observador.

44. Nomenclatura R,S 3.Si al recorrer con la vista los sustituyentes se lo hace siguiendo el sentido de las agujas del reloj la configuración es R, si es en sentido contrario a las agujas de reloj la configuración es S. Sentido antihorario Sentido horario S R R: Del latín rectus, “derecha”. S: Del latín sinister, “izquierda”

45. Reglas de Cahn, Ingold y Prelog 1. De los átomos unidos directamente al carbono quiral tiene prioridad el de mayor número atómico (Z). Así por ejemplo: I > Br > Cl > S >P > Si > F > O > N > C > H En caso de isótopos tiene prioridad el de mayor masa atómica. 3H > 2H > 1H

46. Reglas de Cahn, Ingold y Prelog Ejemplo:

47. Reglas de Cahn, Ingold y Prelog 2. Si hay átomos iguales unidos directamente al carbono quiral se consideran los átomos siguientes hasta que se encuentre una diferencia. 3 2 > 1 4 Este carbono tiene unido 2 C (mayor Z) y 1 H Este carbono tiene unido 1 C y 2 H

48. Reglas de Cahn, Ingold y Prelog 3.Se considera que los átomos unidos con enlaces múltiples son equivalentes al mismo número de átomos unidos con enlaces sencillos.

49. Reglas de Cahn, Ingold y Prelog 3 3 1 2 1 2 4 R

50. Ejemplos 2 1 1 3 4 2 4 3 1 1 2 3 2 4 4 3